Obróbka węglika spiekanego z powłoką diamentowąmikrofrezy kulkowe

Przy użyciu odpowiednich narzędzi i obrabiarek, frezowanie twardych materiałów, takich jak stal narzędziowa D-2 o twardości HRC60, nie jest trudne. Jednak frezowanie twardszych materiałów, takich jak twarde stopy, nie jest takie łatwe. Materiały te są zazwyczaj dostępne jedynie poprzez szlifowanie lub obróbkę elektroerozyjną.

Wraz z wprowadzeniem na rynek serii mikrofrezów kulistych UDCB firmy Union Tool Inc. wiele się zmieniło. „Makino uważa, że ​​rozwój tego narzędzia jest ważny, być może tak samo ważny, jak wprowadzenie frezowania na twardo w połowie lat 90.” – mówi John Bradford, szef działu badań i rozwoju mikroobróbki w Makino. W przeszłości wskaźnik powodzenia frezowania twardych stopów frezem ze stopu twardego wynosił zaledwie 10–20%.

Podczas targów IMTS 2012 firma Muye District zaprezentowała zastosowanie frezu UDCB o średnicy 1 mm do frezowania zgrubnego i precyzyjnego stempli z węglika spiekanego za pomocą mikrofrezów trzpieniowych z końcówką kulistą o twardości co najmniej HRA93 na swoim centrum mikroobróbkowym IQ300 (rysunki 1 i 2). Po 38 minutach obróbki zużycie narzędzia wyniosło zaledwie 1,8 mm. Jeśli przedmiot obrabiany jest metodą elektroerozyjną, zajmuje to co najmniej cztery godziny (wliczając programowanie elektrody, obróbkę elektrody i obróbkę elektroerozyjną przedmiotu obrabianego). „Należy obrobić co najmniej trzy elektrody miedziowo-wolframowe. W większości przypadków, aby utrzymać dokładność 5 mm lub lepszą, konieczne jest obrobienie czterech elektrod” – powiedział Bradford.

Rys. 1. Frezy trzpieniowe z mikrokulkami powlekane diamentem UDBC

Rys. 2 stemple węglikowe

Aby frezować wiele elementów o głębokości 2200 mm, zastosowano prędkość wrzeciona 30 000 obr./min i prędkość posuwu 300 mm/min dla dwustronnych mikrofrezów kulistych Udcb, a spływ wiórów na ostrze wynosił 10 m. Mikrofrezy kuliste zamocowano w uchwycie narzędziowym MST Uno z gorącym ładowaniem, a maksymalny błąd skoku średnicy certyfikowany przez fabrykę wynosił 600 nm.

Średnica dwuostrzowych mikrofrezów kulkowych Udcb, opracowanych przez firmę Joint Tool, wynosi 0,2–6 mm. Według Jonathana Haya, starszego wiceprezesa ds. sprzedaży i marketingu, powłoki diamentowe nanoszone metodą CVD z gorącym włóknem o grubości ponad 10 μm zapewniają dobrą trwałość w precyzyjnie kontrolowanych warunkach obróbki i minimalizują efekt promienia naroża. W porównaniu z plazmowym CVD, CVD z gorącym włóknem pozwala na nakładanie bardziej równomiernych powłok na powierzchnie o złożonych kształtach.

Twardość powłoki diamentowej na mikrofrezach kulistych UDCB wynosi około 100 GPa (9000 HV), co jest wartością bardzo zbliżoną do twardości diamentu monokrystalicznego. Ponadto, dzięki precyzyjnej kontroli powierzchni styku, przyczepność powłoki diamentowej do podłoża jest bardzo silna.

Ponieważ siła skrawania podczas frezowania twardych stopów jest około 2 razy większa niż podczas frezowania stali narzędziowej D-2 (HRC60), aby zminimalizować drgania, konieczne jest zastosowanie obrabiarki o dużej sztywności podczas używania mikrofrezów kulowych UDCB oraz stopniowe skrawanie przedmiotu obrabianego narzędziem o spiralnym posuwie. Podczas demonstracji obróbki na targach IMTS firma Makino użyła frezu 1 mm.° kąta spirali i zmniejszono prędkość posuwu o 90% w momencie, gdy frez wcinał się w obrabiany przedmiot.

„Odkryliśmy, że posuw ślimaka jest bardziej niezawodny, ponieważ siła skrawania jest bardziej równomierna” – mówi Hay, zauważając, że posuw może być stały przez cały proces skrawania. Mikrofrezy trzpieniowe kulkowe UDCB wykorzystują standardowy rowek spiralny, aby zwiększyć sztywność narzędzia. Jednorodne i równomierne siły skrawania pomagają uniknąć uszkodzeń kruchych części, podłoży narzędzi i powłok.

Muino używa suszenia powietrzem do usuwania wiórów i chłodzenia styku narzędzia z przedmiotem obrabianym podczas demonstracji obróbki. Hay twierdzi, że ta metoda jest lepsza niż chłodzenie natryskowe płynem obróbkowym na bazie wody i chłodzenie mgłą olejową. „Chłodzenie mgłą olejową może powodować tworzenie się małych grudek oleju zawierających wióry z węglika spiekanego. Ciągłe nadmuchanie powietrzem jest bardziej niezawodne i przyjazne dla środowiska”.

Jak wspomniano powyżej, chociaż matryce ze stopów twardych i inne przedmioty obrabiane o podobnej twardości można obrabiać poprzez szlifowanie, to jednak rodzaje obrabianych detali (zwłaszcza mikro-deformacji) są ograniczone przez zdolność ściernicy diamentowej do dotarcia do nich lub wejścia w nie. Chociaż dostępne są inne ultratwarde narzędzia, takie jak narzędzia PCBN i PCD, mogą one kosztować nawet cztery razy więcej niż mikro-frezy kulowe UDCB (534,50–674,50 USD w zależności od średnicy), a te narzędzia skrawające w procesie obróbki zasadniczo nie zużywają się stopniowo. „PCBN jest bardzo trudny do przetworzenia w narzędzie” – mówi Hay. „Materiały PCD nie są anizotropowe (materiały anizotropowe mają różne właściwości mierzone w różnych kierunkach), dlatego mają tendencję do pękania”.

Bradford powiedział, że był nieco zaskoczony reakcją zwiedzających podczas pokazu: „Nie mogą uwierzyć w to, co widzą. Producenci narzędzi z węglika spiekanego będą mieli nowe narzędzia. To historyczny postęp technologiczny”.